摘要：近年来，在国家大力倡导发展新型能源的大背景下，大阳能光电研发是近些年来发展最快、最具潜力的研究领域。太阳能资源是最丰富的可再生能源之一，它分布广泛，可再生，不污染环境，是国际上公认的理想替代能源。石油、煤炭、天然气等不可再生能源不断减少，太阳能等清洁能源的开发利用是未来能源发展必然的方向。
关键词：光伏发电；太阳能；能源
1 太阳能光伏发电系统
太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池板、储电装备、控制器存和逆变器构成，包含了电能变换系统和发电系统。太阳能通过太阳能光伏电池板被转换为电能，并通过逆变器转换后可以提供给负载用户使用。
1.1 独立光伏发电系统
独立光伏发电系统是独立运行的发电系统，不与电网相连，一般建设在远离电力系统的边远地区或者作为野外移动式电源使用。独立光伏发电系统将白天生产的部分电能存储在蓄电池里，晚上释放出来使用，对没有条件接入电网的居民而言是很好的选择。但是在实际应用过程中，因为独立光伏发电系统供电不稳定，通常会建立一个普通电站辅助，这提高了光伏发电的成本，也与利用清洁能源发电的目的背道而驰。
1.2 并网光伏发电系统
并网光伏发电系统是指将光伏发电设备与电网连接在一起的发电系统。太阳能光伏发电设备与其他类型的发电站一样能为公共电网提供有功电能和无功电能。光伏电池在阳光照射下产生的是直流电，需要经过相关设备变换成与公共电网频率相同的交流电，之后再以电流源、电流源等方式把电能送入电网，所以并网系统不需要蓄电池，系统运行成本低于独立光伏发电系统。另外，并网光伏发电系统的转换率比独立光伏发电系统高很多，所以发电系统的供电比较稳定，是太阳能光伏发电产业的比较合理发展方向。
2 光伏发电技术现状
2.1 光伏发电耗能
太阳能作为一种永久性资源，带来的经济效益是无可估量的。我国有着十分丰富的太阳能资源。据估算，陆地表面每年接收的太阳辐射能约为5×1019 kJ，约相当于1 700 亿t 标准煤的热值。和火力发电、水力发电、核能发电等发电方式不同，光伏发电依托太阳能得天独厚的自然存在，基本来源几乎不耗费任何经济成本。光伏发电中，因为应用到太阳能光伏发电系统即太阳能电池阵、蓄电池、逆变器、负荷以及控制器等组成的系统，因此发电方只需要付出硬件的经济成本即可利用太阳能资源进行光伏发电，以满足各个行业对电能日益增长的需求。
2.2 光伏发电的能效利用现状
2.2.1 光伏发电的能效利用状况
光伏发电的能源利用效率是指光伏发电过程中，付出的太阳能光伏发电系统投入所带来的经济产出量即发电量。用太阳能的转换效率来衡量光伏发电的能效利用状况。太阳电池的转换效率就是电池电功率和入射光功率的比值。由于电池板的不同，不同材料的能效利用率也不同。现有情况来看，单晶硅电池板的能效利用效率在18%左右（实验室可达到22%以上），多晶硅电池板的能效利用效率在16%左右（实验室可达到20%以上）。从此数据来看，光伏发电在能效利用状况上情况不是很理想，尽管每年的光伏发电装机量逐年递增，仍应该从能源利用效率上找出最根本的解决办法。
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2.2.2 光伏发电能效利用存在的问题
第一，由于电池板硅片未达到规模生产、生产设备及工艺落后、部分原材料需要进口、硅片生产能力不足，需要外购硅片等原因太阳能电池成本偏高，硅片生产能力不足。光伏发电市场开发的主要障碍是太阳能电池的生产成本偏高。太阳能电池售价的高低是影响光伏发电系统价格的关键。如果中国太阳能电池行业在近期仍无较大进步的话，形势是不乐观的。
第二，系统配套能力差。光伏发电的平衡系统包括：蓄电池、逆变器、控制器等)。由于尚未形成规模生产；缺乏统一的质量标准；没有权威的质量监测中心；成本高，质量差；产品开发跟不上市场需求等原因，中国在专用控制器、逆变器及专用直流灯具等方面的配套能力一直很差，中国在光伏发电系统部件水平以及光伏平衡系统的效率和成本方面与国外有着较大差距，应予以充分重视并及时改进。
第三，.光伏发电系统的控制要求高。光伏发电系统的控制主要体现在对充电器和逆变器的控制上。由于光伏并网发电系统包含光伏独立系统的功能，因此以光伏并网发电系统为例分析其控制技术。独立光伏系统的技术性能指标有太阳能电池额定功率、蓄电池额定容量、逆变器输出电压、频率范围及电流总谐波畸变率、太阳能光伏发电系统的总效率（包括电池组件的PV转换率、控制器的效率、蓄电池的效率、逆变器的效率）等。在光伏发电系统中，电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电，同时方阵还要给负载供电，晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电小、深放电能力强、充电效率高、少维护或免维护、工作温度范围宽等。另外，在充放电控制技术中，还应包括短路保护、击穿保护、反向放电保护等保护功能。光伏并网发电系统并网控制的关键和难点在于如何维持太阳能电池的最大功率输出，同时又能够达到低谐波失真的输出电流同步控制，因此是一项如何将功率变换器的动态性能、系统干扰、输出波形失真综合考虑的系统控制技术。在光伏并网发电系统中，必须保证使发电系统的输出电压与电网电压在频率、相位、幅值上保持一致，而且发电系统和电网间功率能够双向调节。这涉及到功率因数校正、大功率变换以及高稳定性系统等技术问题。
3 光伏发电技术的发展趋势
3.1 国家政策下光伏发电前景展望
在未来，太阳能光伏发电、太阳能电池用硅锭/硅片以及高效低成本太阳能电池组件及系统控制部件的产业化成为可再生能源和新能源高技术产业化专项支持的重点领域之一。太阳能是洁净无污染的巨大能源，最大限度地开发利用太阳能将是人类新能源利用方面的科技发展方向。随着世界能源的日趋紧张和光伏发电技术的不断发展，廉价的非晶硅太阳电池的生产技术也日渐成熟。太阳能光伏发电技术非常契合国家新能源优化发电的举措，加之太阳能光伏发电的清洁、廉价等性能，未来光伏发电将呈现良好的发展态势。
3.2 开发培育国内应用型市场
市场开发分为自主发展和政府培育。由于光伏产业具有良好的外部性，能够长效地促进我省甚至我国经济社会的稳定发展，所以政府应该大力发展公共事业，大力推进“屋顶并网发电工程”、“建筑一体化并网发电工程”和“地面并网电站工程”三大工程建设。提高光伏产业可持续发展的能力，营造全社会共同推进光伏产业发展的氛围。光伏产业发展有着巨大的潜力，在未来的十几年内，随着国内应用型市场的扩展、行业规范和监督机制的完善、制造技术的进步，独立发电发展成为并网发电，促进我国经济发展和社会进步，最终承担起我国乃至世界能源结构转型的重任。
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论文作者:刘海花
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：光伏论文; 系统论文; 太阳能论文; 太阳能电池论文; 并网发电论文; 蓄电池论文; 技术论文; 《电力设备》2019年第8期论文;